Le groupe de Physique des Hautes ENergies (PHEN) rassemble 5 équipes principales (ALICE, AUGER, HADES, Jefferson Lab et PANDA) qui sont toutes impliquées dans de larges collaborations internationales dont les intérêts sont reliés à la physique hadronique, la matière hadronique et la physique des astroparticules. Le groupe PHEN compte plus de 30 physiciens, un ingénieur et une assistante administrative.

En matière de physique hadronique, l’IPN d’Orsay est impliqué dans plusieurs expériences et projets dont le but est d’étudier la structure interne des nucléons et la dynamique du confinement des quarks. Un important programme expérimental, mené depuis de nombreuses années à Jefferson Lab (Newport-News, Virginie, Etats-Unis), consiste à mesurer les distributions de partons généralisées (expériences DVCS dans les halls A et B) caractérisant les corrélations des quarks à l’intérieur du nucléon, ce qui permet d’obtenir une image du nucléon en 3D. Des physiciens de l’IPN sont également impliqués dans l’expérience HPS à Jefferson Lab (Hall B) dont le but est de rechercher l’existence d’un nouveau boson vectoriel, un « photon lourd », qui pourrait expliquer certains résultats expérimentaux restant encore incompris dans le cadre du modèle standard. Dans la perspective du futur laboratoire international FAIR (Darmstadt, Allemagne), l’IPN d’Orsay s’investit au sein de la collaboration PANDA pour, entre autres, mesurer les facteurs de forme électromagnétiques du proton dans la région temps. Dans le groupe PHEN, d’autres activités sont dédiées à la spectroscopie des hadrons, aux facteurs de forme électromagnétiques des nucléons (phénoménologie) et à des projets d’expérience liés à la production d’énergie par fusion nucléaire de noyaux polarisés. L’expérience HADES (GSI, Allemagne) étudie les effets de milieu sur les propriétés des hadrons. Des résultats ont déjà été obtenus pour la production inclusive de di-leptons lors de collisions d’ions lourds et pour différents canaux des réactions pp et dp. Dans le domaine de l’étude du plasma quarks-gluons, les résultats des expériences NA50 et PHENIX sont désormais enrichis par ceux issus des collisions observées par la collaboration ALICE auprès du LHC qui a délivré avec succès ses premiers faisceaux fin 2009. Durant les prises de données, l’équipe de IPNO a, entre autres, la responsabilité du bon fonctionnement du spectromètre di-muons auquel il avait grandement contribué. Les études menées à l’IPNO concernent principalement la production des quarkonia. Des physiciens du laboratoire proposent également de réaliser au LHC, à l’horizon 2020, une expérience sur cible fixe (projet AFTER) dont l’intérêt réside dans le large spectre des sujets de physique hadronique qui seraient couverts.

Dans le domaine des astroparticules, depuis 2000, l’IPN d’Orsay contribue à l’observatoire Pierre Auger. Cet observatoire, construit en Argentine dans la province de Mendoza (Malargüe), est consacré à l’étude des rayons cosmiques d’ultra-haute énergie. L’analyse des données collectées depuis 2004 a permis de mettre en évidence, entre autres, la forte suppression du flux de particules au-delà de 5.10¹⁹eV, l’alourdissement de la masse des particules primaires entre 10¹⁸eV et quelques 10¹⁹eV, et quelques indices d’anisotropies dans les directions d’arrivées. La recherche des sources aux énergies extrêmes demeure d’actualité, et constitue la motivation première des efforts fournis actuellement par l’ensemble de la collaboration Auger afin de rendre le détecteur plus sensible à la masse des particules primaires. D’autre part, depuis 2011, l’IPN d’Orsay contribue également aux développements d’un futur observatoire chinois (province du Sichuan) consacré notamment à la recherche de sources de rayons cosmiques par le biais du rayonnement gamma de haute énergie.